河南省出山店水庫混凝土壩施工期安全監測及成果分析

李寶亭 成榮亮

（1.出山店水庫建設管理局 信陽 464000 2.水利部大壩安全管理中心 南京 210029 3.南京水利科學研究院 南京 210029）

1 引言

根據2018年全國水利發展統計公報，全國已建成各類水庫98822 座，水庫總庫容8.953×1011m3。水庫為關系國計民生的重要基礎設施，在防洪、供水、發電、航運、環境與生態保護等方面發揮著無可替代的巨大作用[1]。工程實踐表明，通過對水庫大壩進行現場檢查和儀器監測，實時整編和分析監測資料，可及時發現水庫大壩的異常，預測大壩的未來安全性態和發展趨勢，因此，應定期依據監測資料分析和評價大壩狀態，控制大壩運行，防止災害的發生[2,3]。20世紀90年代以后，我國大中型水庫工程普遍開展了大壩安全監測工作。

出山店水庫是國務院172 項重大節水供水項目之一，2014年開工建設，2019年下閘蓄水。出山店水庫工程按照《土石壩安全監測技術規范》（SL551-2012）、《混凝土壩安全監測技術規范》（SL601-2013）、《土石壩安全監測資料整編規程》（DL/T 5256-2010）和《混凝土壩安全監測資料整編規程》（DL/T5209-2005）,開展了施工期安全監測工作，并依據監測數據和變化規律評價工程的運行狀態，監測成果為指導設計和建設管理單位科學管理提供了可靠的依據。

2 工程概況

出山店水庫位于河南省信陽市境內，壩址在京廣鐵路以西14km 的出山店村附近，距信陽市約15km，控制流域面積2900km2，是一座以防洪為主、結合供水、灌溉、兼顧發電等綜合利用的大型水利樞紐工程，水庫總庫容12.51 億m3（防洪庫容6.91 億m3，興利庫容1.45 億m3）。工程規模為大（Ⅰ）型，工程等別為I 等，其主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為3 級。大壩型式為混合壩型，主要建筑物有主壩、1#、2#、3#、4#副壩、南、北灌溉洞、電站等。主壩軸線長3690.57m，其中土壩段長3261m，壩基采用擠密砂樁和塑性混凝土防滲墻處理；混凝土壩段長429.57m（含連接壩段），從左岸至右岸分別為：連接壩段、溢流壩段、底孔壩段、電站壩段和右岸非溢流壩段。為了便于施工，混凝土壩共劃分為24 個壩段。

3 混凝土壩監測儀器布置情況

在設計時利用模糊層次聚類的混凝土壩安全監測系統評價指標[4]布設了較為完善的安全監測設施?；炷翂味伪O測儀器種類和數量見表1。

混凝土壩布置了八個主要監測斷面、七個輔助監測斷面。本文選取7#、11#、14#和18#壩段4 個主要監測斷面進行論述。

表1 混凝土壩段安全監測儀器統計表

（1）7#壩段：壩基布置7 支滲壓計、4 套三向應變計、4 支無應力計、1 支測縫計、2 支基巖變位計和1 支壓應力計，下游消力池內布置18 支錨筋計。

（2）11#壩段：壩基布置7 支滲壓計、4 套三向應變計、4 支無應力計、1 支測縫計、2 支基巖變位計、3 支溫度計和1 支壓應力計，下游消力池內布置18支錨筋計。

（3）14#壩段：壩基布置7 支滲壓計、1 套三向應變計、1 支無應力計、2 支測縫計、2 支基巖變位計、3 支溫度計和1 支壓應力計，下游消力池內布置18支錨筋計，壩段分縫處布置8 支、斷層處布置3 支測縫計，壩體布置16 支鋼筋計。

（4）18#壩段：壩基布置3 支滲壓計、1 套三向應變計、1 支無應力計、2 支測縫計、2 支基巖變位計、3 支溫度計和1 支壓應力計，壩體分6 層布設20 支溫度計。

4 混凝土壩施工期觀測情況

儀器埋設安裝嚴格按照規程規范和設計要求進行。埋設后按照設計要求和相應規范規定頻次進行施工期觀測。

（1）滲壓計觀測：滲壓計埋設后，采用相應的二次讀數儀表進行觀測，滲壓測點觀測2 次/旬。

（2）土壓力計觀測：土壓力計埋設后，采用相應的二次讀數儀表進行觀測，土壓力測點觀測4 次/月。

（3）測縫計、應力應變等內觀儀器觀測：鋼筋應力計、測縫計和應變計埋設后24h 內，每隔4h 測1 次，之后每天觀測3 次，直至混凝土達到最高水化熱溫升為止；以后每天觀測1 次，持續2 周；之后每周觀測2 次，持續2 周；之后每周觀測1 次。

5 混凝土壩施工期監測成果與分析

本文主要對出山店水庫混凝土壩壩基滲透壓力、基巖變形、內部應力和溫度等監測成果進行分析，運用過程線和特征值的方法[5]進行資料分析。

圖1 混凝土壩11#壩段滲壓計過程線圖

5.1 滲透壓力監測成果與分析

混凝土壩壩基共布置37 支滲壓計，分布在1#、4#、7#、11#、14#、16#、18#和22#壩段，用于觀測混凝土壩基滲透壓力。每個壩段的滲壓計布置在一個縱斷面，順著水流從上游至下游布置。此次主要對11#壩段壩基滲透壓力監測成果進行分析。

P04BD11 滲壓計損壞，其余6 支正常運行。通過對比圖1 和表2 可以得出：①滲壓計測值均是逐漸增大，與上游水位一致性較好，表明壩基滲壓計運行狀態良好；②2017年5月上下游圍堰拆除后，每支滲壓計水位大幅度上升。③順水流方向滲壓計的規律為：P1（防滲帷幕前）接近上游水位，P5接近下游水位，P2、P3最小，P5大于P2、P3，符合壩基滲流的一般規律。④防滲帷幕后的滲壓水頭明顯小于防滲帷幕前，防滲帷幕起到了防滲效果。

5.2 基巖變形監測成果與分析

在7#、11#、14#、16#和18#壩段基巖壩軸線上游2.5m 和壩軸線下游18.5m 處（16 號壩段為下游38.0m）各布置一套基巖變位計，截至2019年12月1日5 個斷面基巖變位計進行了資料整編分析。

由圖2 和表3 可以看出：①基巖變位計測值均很小，表明基巖變形小；②測值很穩定，表明基巖變形計運行狀態良好；③基巖變位計2017年3月后均為負值，與基巖受壓一致；④10 支基巖變位計的測值趨勢性一致，規律性好。

5.3 內部應力監測成果與分析

在7#、11#、14#和18#混凝土壩段壩軸線下游各布置1 支壓應力計，用于混凝土內部應力的觀測。截至2019年12月1日，最大壓應力為337.04kPa，目前趨于穩定，變化過程見圖3。

土壓力計安裝在4 個壩段溢流面下6m 處，從圖3 和表4 可以看出：混凝土壓應力計測值隨著壩體升高測值增大，目前測值逐漸趨于穩定，符合混凝土施工期土壓力變化的一般規律。

表2 混凝土11#壩段壩基滲壓計特征值統計表

圖2 混凝土壩段基巖變位計過程線圖

圖3 混凝土壩段壓應力計過程線圖

圖4 混凝土11#壩段溫度計圖

5.4 內部溫度監測成果與分析

混凝土壩11#、14#和18#內部共布置26 支溫度計，截至2019年12月1日，最高溫度47.20℃，當前溫度為10.20℃～24.80℃，壩內溫度趨于平穩。11#壩段的溫度計觀測資料分析如圖4。

6 結論

（1）壩基滲壓計測值均是逐漸增大，與上游水位一致性較好，2017年5月上下游圍堰拆除后，每支滲壓計水位大幅度上升。順水流方向滲壓計的規律為：P1接近上游水位，P5接近下游水位，P2、P3最小，P5大于P2、P3，符合壩基滲流的一般規律。防滲帷幕后的滲壓水頭明顯小于防滲帷幕前，防滲帷幕起到了防滲效果。

（2）基巖變形為-1.89～0.69mm，目前基巖變位計測值為負值，與基巖受壓一致，壩基變形很小且變形基本趨于穩定。

表3 混凝土壩段基巖變位計特征值統計表

表4 混凝土壩段壓應力計特征值統計表

（3）混凝土壩壓應力計測值隨著壩體升高，測值增大，符合混凝土施工期變化的正常規律，壓力值穩定在337.04kPa 左右，小于混凝土的抗壓強度的量級。

（4）混凝土內部溫度已經基本消散完成，目前穩定在15℃～20℃■